Le squelette a deux fonctions principales : mécanique et métabolique. Il permet le soutien de l’organisme, la locomotion et la protection des organes vitaux. Il est le site majeur de l'hématopoïèse chez l'adulte. Il possède également un rôle primordial dans le métabolisme phosphocalcique et est l’un des principaux réservoirs d’ions minéraux de l’organisme.
Le tissu osseux est un tissu conjonctif constitué d’une matrice collagénique représentée en majorité par le collagène de type I, d’une substance minérale constituée de cristaux d’hydroxyapatite, et de cellules ostéoblastiques et ostéoclastiques.
L’organisation de ce tissu permet de distinguer deux types de structures : l’os cortical et l’os trabéculaire (appelé aussi os spongieux). L’os trabéculaire représente 15% du squelette, formé de travées osseuses de soutien et occupe essentiellement l’intérieur des vertèbres, du bassin, des os plats et des extrémités des os longs. L’os cortical représente 85 % du squelette, il forme la paroi externe solide des os, et c’est le principal constituant de la diaphyse des os longs [8].
Il apporte une résistance osseuse plus importante, liée à une organisation micro-architecturale plus dense.
Le tissu osseux est le siège d’un cycle d’ostéoformation et de résorption osseuse (Figure 1) appelé remodelage osseux, résultant d’une mise en jeu coordonnée et successive de deux types de cellules [9]:
- Les ostéoclastes, cellules multi-nucléés issues de la lignée monocyte/macrophage spécialisées dans la résorption osseuse, vont d’abord détruire l’os anciennement formé.
- Les ostéoblastes, d’origine mésenchymateuse, responsables de la formation osseuse, qui produisent les constituants de la matrice et assurent la minéralisation du tissu osseux, vont intervenir pour reconstruire un nouvel os.
L’agencement ou l’architecture des travées osseuses est sous la dépendance d’autres cellules : les ostéocytes, issues des ostéoblastes, enchâssés au sein de la matrice minéralisée, eux-mêmes influencés par les contraintes mécaniques.
Figure 1 : Schématisation du processus de remodelage osseux
(Source : SFR Société Française de Rhumatologie)
Les ostéoclastes agissent en couple avec les ostéoblastes au sein d’unités appelées « basal multi cellular unit ». Le taux d’unités est plus important dans l’os trabéculaire, qui se renouvelle donc plus vite que l’os cortical. Chez l’adulte jeune, le tissu osseux se reconstruit en permanence pour conserver sa solidité, et l’os ancien endommagé est remplacé par un nouvel os sain [9].
La formation et l’activité des ostéoclastes sont régulées par des facteurs directement synthétisés par les ostéoblastes : Le M-CSF (macrophage colony-stimulating factor), et RANK-L (Receptor Activator of NF-kB RANK-Ligand). RANK-Le RANK-RANK-L une fois fixé à son récepteur membranaire ostéoclastique (RANK) stimule la différenciation des précurseurs ostéoclastiques et active les ostéoclastes matures. RANK-L peut être inhibé par l’ostéoprotégérine (OPG) [8]. L’ostéoclaste exerce ensuite son action de résorption osseuse par le biais d’enzymes protéolytiques telles que la cathepsine K, les métalloprotéases qui vont permettre la dégradation du collagène.
L’ostéoformation est, quant à elle, sous la dépendance des ostéoblastes. Les ostéoblastes une fois activés vont alors produire une matrice contenant du collagène de type I, ainsi qu’une variété d’autres protéines non collagéniques comprenant notamment l’ostéocalcine, l’ostéonectine ainsi que l’ostéopontine. Cette matrice sera alors minéralisée sous l’influence de la vitamine D, du calcium et du phosphore. Le point clé dans la différenciation des ostéoblastes est l’activation de la voie Wint (Wingless Integration Site) et b-Caténine. La voie Wint favorise l’ostéoblastogénèse, la différenciation des ostéoblastes en ostéocytes et augmente leur survie. Elle peut être inhibée par les protéines DKK-1(dickkopf-1) et la sclérostine, qui bloquent de manière compétitive l’interaction Wint-LRP5 [10].
Tableau 1 : Facteurs de régulation des ostéoblastes (à gauche) et facteurs de régulation des ostéoclastes (à droite) [9]
Abréviations : IGF 1 (insuline-like growth factor I), TGF β (transforming growth factor β), BMP 2,4,7 (Bone morphogenic protein), bFGF (basic fibroblast growth factor), PDGF (Platelet-derived growth factor ), PTHrP (Parathyroid hormone-related protein), EGF (epidermal growth factor), TGF α (transforming growth factor α), RANK ligand (Receptor Activator of NF-kB ligand), M-CSF (macrophage colony-stimulating factor), TNF (tumor necrosis factor).
Les interactions entre la voie de signalisation Wint/β-caténine et le système RANK/RANKL/OPG (Figure 2) constituent une balance de régulation de la résorption et de la formation, assurant ainsi l'homéostasie du tissu osseux. Cet équilibre est assuré par plusieurs facteurs de régulation exogènes et endogènes, notamment les cellules osseuses elles-mêmes, les hormones circulantes (PTH (hormones parathyroïdiennes), calcitonine, 1-25OHVitD3, hormones sexuelles, thyroïdiennes…) les cytokines, les facteurs de croissance locaux (Tableau 1) et les contraintes mécaniques. Leurs mécanismes d’action sont étroitement liés.
Figure 2 : Équilibre RANKL/OPG [11][12][13]
2. Variation de la masse osseuse
De façon physiologique la masse osseuse augmente rapidement pendant la croissance (Figure 3), et continue d’augmenter pendant quelques années jusqu’à atteindre un pic : la masse osseuse maximale, obtenue entre 20 et 30 ans [14].
Figure 3 : Variation de la masse osseuse avec l’âge [3]
Le pic de masse osseuse est en partie déterminé par la génétique, mais il est très influencé par la nutrition, l’activité physique, le statut hormonal et l’environnement. Il sert de « banque osseuse » pour le reste de la vie.
La masse osseuse se maintient généralement à son maximum pendant une vingtaine d’années puis commence à décroître avec l’âge. Chez l’homme, elle diminue de 0,5 à 1% par an. Tandis que chez la femme, la décroissance de la masse osseuse commence quelques années avant la ménopause et se poursuit au rythme de 1 à 2 % par an durant huit à dix ans à tous les sites avec une prédominance pour l’os trabéculaire, puis ralentit jusqu’à ce que son rythme soit le même que chez l’homme.
L’os est constamment renouvelé. Jusqu’à 45 ans les activités de résorption et de formation s’équilibrent. Avec le vieillissement, il y a une diminution « naturelle » de la masse osseuse parfois accélérée sous l’influence de différents facteurs (génétiques, hormonaux, environnementaux, iatrogènes, maladies…) (Figure 4). Ainsi la dégradation de l’os devient finalement plus importante que la formation osseuse. En conséquence, les plages osseuses trabéculaires sont perdues, laissant une structure architecturalement affaiblie avec une masse significativement réduite [10].
Figure 4 : Pathogénie de l’ostéoporose
3. Facteurs de risque d’ostéoporose
Plusieurs facteurs de risque d’ostéoporose sont bien connus. Si certains sont inévitables, d’autres au contraire doivent être combattus. On retient dans les facteurs de risque modifiables : la consommation excessive d’alcool, le tabac, un faible IMC (Indice de Masse Corporelle), le manque d’activité physique, l’immobilisation prolongée, le défaut d’ensoleillement, les erreurs d’hygiène de vie et nutritionnelles (carence en calcium, vitamine D, malnutrition…).
Enfin d’autres facteurs de risque ne peuvent être modifiés. On retiendra : le sexe féminin, une petite taille, l’ethnie caucasienne ou asiatique, l’antécédent d’ostéoporose et de fractures ostéoporotiques au premier degré, la ménopause précoce (constitutionnelle ou chirurgicale sans traitement hormonal), la puberté tardive, la prise de certains médicaments avec une attention particulière pour les corticoïdes, diverses maladies endocriniennes, génétiques, digestives, l’anorexie mentale, la malabsorption, les rhumatismes inflammatoires [1]. Enfin le vieillissement est un facteur de risque majeur d’ostéoporose. Pour un niveau de densitométrie osseuse donné, le risque de fracture du col fémoral s’accroit d’un facteur deux à partir de 65 ans et ce tous les dix ans [10].
4. Différents types d’ostéoporose
En raison des implications diagnostiques et thérapeutiques, il est important de distinguer l’ostéoporose primitive plus fréquente chez la femme (post-ménopausique) de l’ostéoporose secondaire plus fréquente chez l’homme, qui répond à des étiologies endocriniennes, métaboliques, toxiques, génétiques, iatrogènes…. Même si les causes peuvent être intriquées (Tableau 2). Environ un tiers des femmes ménopausées, la moitié des femmes pré ménopausées et des hommes présentent une ostéoporose secondaire [15].
Tableau 2 : Étiologies des ostéoporoses [1][3][10]
La distinction n’est pas toujours aussi facile, car certains facteurs étiologiques peuvent révéler ou aggraver une ostéoporose initialement primitive. De plus, il existe un flou dans les limites de la distinction entre ostéoporose secondaire et certains facteurs de risque, dans tous les cas, il faudra s’atteler à rechercher une cause curable.
L'ostéoporose est donc une maladie multifactorielle qui résulte de la combinaison, en proportion variable, de très nombreux facteurs de risque liés à la génétique, à certaines particularités biologiques, au mode de vie, au comportement individuel, aux pathologies rencontrées et à leurs traitements, au vieillissement intrinsèque et inéluctable de l'individu.
L'addition de plusieurs de ces facteurs va contribuer à diminuer la masse osseuse et altérer la microarchitecture, avec « in fine » une majoration du risque de fracture.